汽车运用工程.docx
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汽车运用工程
目录
第一章原始参数1
第二章汽车动力性和经济性计算2
2．1 发动机数学模型2
2.1.1 发动机外特性2
2.1.2 发动机万有特性2
2．2 汽车动力性仿真2
2.2.1最高车速3
2.2.2 加速时间3
2.3汽车燃油经济性仿真5
第三章程序代码7
3.1VC主程序的编写7
3.2对“绘制曲线”按钮的编写7
3.2.1Ttq-n曲线编程7
3.2.2最大速度和最大爬坡度曲线编程8
3.2.3加速度倒数曲线编程9
3.2.4驱动力行驶阻力平衡图编程10
3.2.5汽车功率平衡图的编程12
3.2.6等速百公里油耗曲线编程13
3.3对“清除数据”按钮的编写。
14
3.4对“退出系统”按钮程序的编写。
15
第四章各种曲线图16
参考资料19
摘要
摘要:
轿车的动力性和燃油经济性是其重要的使用性能之一,直接影响其商品性。
计算机仿真方法为汽车动力性和燃油经济性预测提供了快速、准确、有效的工具,消除了实车道路试验中司机、道路环境、气候等因素对汽车使用性能测定的影响,具有可比性好、重复性强的优点。
该文利用最小二乘法和线性回归原理建立了发动机外特性和万有特性模型,利用建立的汽车动力性和燃油经济性的数学模型,推导了汽车动力性和燃油经济性的参数灵敏度公式。
用C语言编程,对马自达62.3L型轿车进行了动力性和燃油经济性计算机仿真,并分析了其参数灵敏度,指出了改进的方向。
关键词:
汽车;动力性;燃油经济性;计算机仿真;灵敏度分析
Abstract
abstract:
Passengervehicle'spowerandthefueloilefficiencyareoneofitsimportantoperationalperformances,immediateinfluenceitscommercial.Thecomputersimulationmethodfortheautomobilepowerandthefueloilefficiencyforecastthathasprovidedfast,accurate,theeffectivetool,eliminatedthesolidtrafficlanedrivingtesttoexaminefactorsandsoondriver,pathenvironment,climatetotheautomobilismperformancedeterminationinfluence,hadthecommeasurabilitytobegood,duplicatedstrongmerit.Thisarticleuseleastsquaresmethodandthelinearregressionprinciplehasestablishedtheengineexternalcharacteristicandtenthousandhasthecharacteristicmodel,theuseestablishmentautomobilepowerandthefueloilefficientmathematicalmodel,hasinferredtheautomobilepowerandthefueloilefficientparametersensitivityformula.WiththeClanguageprogramming,hascarriedonthepowerandthefueloilefficientcomputersimulationtotheMazda62.3Lpassengervehicles,andhasanalyzeditsparametersensitivity,haspointedouttheimprovementdirection.
keyword:
Automobile;Power;Fueloilefficiency;Computersimulation;Sectoranalysis
第一章原始参数
整车参数
尺寸
参数
长×宽×高（空载）（mm）
4670×1780×1435
轴距（mm）
2675
前/后悬（mm）
960/1035
前/后轮距（mm）
1540/1540
最小离地间隙（mm）（满载）
127
重量参数
整车整备质量（kg）
1390
满载总重（kg）
1915
轴荷分配（kg）
空载
前/后
844/546
满载
前/后
990/925
性能参数
动力性
最高车速（km/h）
200
0-100km/h加速时间（s）
9.6
经济性
90公里等速油耗（L/100km）
6.7
排放
满足欧III标准
最小转弯直径（m）
10.8
行李箱容积（L）
500
发动机
发动机型号
L3
发动机型式
直列、四缸、双顶置凸轮轴、16气门、顺序多点喷射汽油机
发动机
排量（L）
2.261
压缩比
10.6
缸径×行程（mm）
87.5×94.0
最大功率（kW/r/min）
119/6500
最大扭矩（Nm/r/min）
205/4000
油箱容积（L）
64
表1.1马自达62.3L技术型性能基本参数
第二章汽车动力性和经济性计算
2．1 发动机数学模型
发动机数学模型是整车动力性和燃油经济性仿真计算的重要依据,包括外特性模型和万有特性模型。
本文采用最小二乘法和线性回归原理拟合的方法建立发动机数学模型,以发动机试验数据为依据。
2.1.1 发动机外特性
发动机外特性一般指发动机外特性的转矩曲线。
稳定工况时外特性的转矩曲线基本呈抛物线状,并且为转速的一元函数,因此采用最小二乘法曲线拟合法来描述。
首先对离散数据拟合成具有如下多项式的形式:
Ttq=a0+a1n+…+aknk
（1）
式中:
n为发动机转速,r/min;Ttq为稳定工况下发动机外特性转矩,Nm;k为曲线拟合最高次方,一般取k=3~5。
本文实例分析计算时取k=4。
2.1.2 发动机万有特性
发动机的燃油消耗率是发动机转矩（或功率）和转速的二维函数,比发动机外特性模型要复杂一些,国内外多采用试验数据的矩阵描述方法,需要时插值提取;国内也有采用曲面拟合法的,但要小心其系数矩阵可能出现病态。
本文采用二元拉格朗日插值法,发动机的万有特性是个二元函数,燃油消耗率是发动机转速和功率的函数,用插值法比较迅速,精度的高低取决于数据点的疏密程度,可真实地反应万有特性的局部特点。
二元插值公式如下:
发动机转矩、油门开度与转速之间的关系复杂,通过试验测试只能得到部分点值。
为了得到任意工况下的燃油消耗率值,必须仿真出燃油消耗率值与发动机转速和转矩之间的函数关系式,建立发动机燃油消耗率模型。
2．2 汽车动力性仿真
采用汽车的最高车速、加速度和最大爬坡度来评价汽车的动力性。
分析沿汽车行驶方向作用于汽车的外力,建立汽车行驶方程式,就可以估算这些评价指标。
汽车的行驶方程式为:
其中:
Ft、Ff、Fw、Fi、Fj分别是驱动力、滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力;Ttq为发动机转矩;ig、i0分别为变速器传动比、主减速器传动比;ηT为传动系机械效率（本文实例计算时假定为常数,取0.95）;r为驱动轮（动力）半径;G为汽车重量;f为滚动阻力系数;CD为空气阻力系数;A为迎风面积;ua为车速;i为道路坡度;δ为汽车旋转质量换算系数;m、dudt分别为汽车质量、行驶加速度。
汽车行驶时,还应该考虑附着力Fφ,即应满足下式:
Ft≤Fφ=Fzφ
式中:
φ称为附着系数。
在良好的混凝土或沥青路面上,路面干燥时φ值为0.7~0.8,本文取0.75进行实例计算。
2.2.1最高车速
无风条件下,汽车在水平良好路面上行驶,行驶阻力与驱动力相平衡时达到的稳定车速即是为最高车速。
此时加速度dνdt=0,坡度i=0,发动机油门全开。
根据动力学公式推出最高车速为:
2.2.2 加速时间
加速时间表示汽车的加速能力,常用原地起步加速时间与超车加速时间来表明汽车的加速能力。
（1）原地起步加速时间
原地起步加速时间是指汽车由低档起步并以最大加速度逐步换至高档后到达某一预定距离或车速所需的时间,本文采用后一种,公式如下:
式中:
T0为起步时间,Vmin为起步过程结束时汽车最低车速,a0为道路负荷增加系数（轿车该值可以取为0）。
加速时间可通过对加速度倒数曲线积分而得到。
要计算原地起步加速时间,必须涉及到原地起步时离合器打滑的过程和加速过程中的换档时刻的选择。
起步过程时间可以通过建立数学模型（见参考文献[1]）来计算,但是它一般很短,因此可以利用匀加速过程来近似,换档点假定均在最佳换档点,不计换档过程经历的时间。
（2）超车加速时间
超车加速时间指汽车用最高档或次高档从某一中间车速全力加速到某一高速时所需的时间,公式如下:
式中:
g为重力加速度;V0、V1为超车加速时起始、终了车速。
（3）最大爬坡度
汽车满载在良好的路面上等速行驶的最大爬坡度可以用来表征汽车的爬坡能力,对货车尤为重要。
将汽车行驶方程两边除以汽车重力并整理如下:
式中:
αmax为最大爬坡角,DImax为I档动力因数,f为滚动阻力系数。
2.3汽车燃油经济性仿真
燃油经济性的评价依据汽车燃料消耗量试验方法（GB/T12545-90）。
本文采用等速工况和多循环工况下的百公里耗油量来分析。
汽车行驶的多工况是由起步、等速、加速、减速和怠速工况所组合而成,下面分别进行分析。
（1）起步工况
对于起步过程,在计算时可将其按一定的时间步长Δt分为若干个时间段,按照参考文献[1]中提出的起步过程模型,求得相应的发动机有效转矩和转速,由万有特性求出发动机有效燃油消耗率。
在某一个时间段内的燃油消耗量为Qq,则起步过程总的燃油消耗量Q1为:
（2）等速工况
匀速过程中发动机的燃油消耗量为:
式中:
Pe为汽车等速工况下行驶阻力功率,ge为等速工况下车速对应发动机转速下发动机发出功率Pe时的燃油消耗率。
（3）加速工况
在加速过程中,车速、发动机的功率和转速也在不断地变化,因而燃油消耗率也不是定值。
可以把每一个加速段分成若干个速度间隔Δν,每个小区间又是一个等速工况（速度按区间起始或终了点的速度）,利用等速工况下的公式计算每个小区间的油耗Qi,累加起来即为一个加速段的油耗Q3。
（4）减速工况
汽车减速行驶时,发动机处于强制怠速状态,其油耗量即为正常怠速油耗。
所以减速工况燃油消耗量等于减速行驶时间与怠速油耗的乘积。
减速过程燃油消耗量Q4（mL）为:
Q4=t×Qi（11）
式中:
Qi—怠速燃油消耗量,mL/s。
（5）怠速工况
若怠速停车时间为ts（单位为s）,则怠速停车燃油消耗量Q5（mL）为:
Q5=Qi·ts
式中:
Qi———怠速燃油消耗量,mL/s。
（6）多工况循环百公里油耗
整个多工况循环的总油耗为组成该循环的各工况耗油量之和。
转化为试验循环的百公里油耗量Qs（单位为L/100km）:
Qs=∑Q×100/s
式中:
∑Q———所有过程油耗量之和,单位为mL;s———整个循环的行驶距离,单位为m。
第三章程序代码
3.1VC主程序的编写
1）对“写入数据”按钮程序的编写。
voidCBiyeshejiView:
:
OnButton1（）
{
//TODO:
Addyourcontrolnotificationhandler
codehere//设计数据集为添加记录状态
m_pSet->AddNew（）;//用控件的当前内容作为成员变量
UpdateData（TRUE）;//把成员变量的值赋值给数据集的相应成员
m_pSet->m_chexing=m_combo1;
m_pSet->m_n=m_edit2;
m_pSet->m_n2=m_edit22;
m_pSet->m_Ttq=m_edit3;
//------//执行写入操作
m_pSet->Update（）;//更新数据
m_pSet->Requery（）;//------
}
3.2对“绘制曲线”按钮的编写
3.2.1Ttq-n曲线编程
a．用Matlab6.5编写M文件，并命名为f.m，具
体编写程序如下：
functionf（x,y）
n=x:
0.5:
y;
l=length（n）
fori=1:
l;
tq（i）=-19.313+295.27*（n（i）/1000）-165.44*（n（i）/100
0）^2+40.874*（n（i）/1000）^3-3.8445*（n（i）/1000）^4;
end
plot（n,tq）
xlabel（'转速'）
ylabel（'发动机转矩'）
title（'发动机使用外特性Tq-n曲线拟合图形'）%------
holdon
b．利用MatCOM将上述M文件f.m添加到
VC++6.0中，添加“matlib.h”和“f.h”2个头文件。
c．在Ttq-n按钮中添加如下程序：
voidCBiyeshejiView:
:
OnButton2（）
{
UpdateData（TRUE）;
intx,y;
x=m_edit2;
y=m_edit22;
initM（MATCOM_VERSION）;
f（x,y）;
exitM（）;
return;
UpdateData（FALSE）;//------
//TODO:
Addyourcontrolnotificationhandler
codehere
}
3.2.2最大速度和最大爬坡度曲线编程
PrivateSubCommand2_Click（）
FFmax（0）=0
I（0）=4.286
I
（1）=3
I
（2）=1.82
I（3）=1.28I（4）=0.934
I（5）=0.695
Fors=1To5Step1
ForN=1000To6500Step1
T=3*（10^-10）*（N^3）-7*（10^-6）*（N^2）+0.0424*N+58.758
Ft=（T*I（0）*I（s）*0.912）/0.27
V=（0.377*0.27*N）/（I（0）*I（s））
F=0.038*（V^2）+153
IfFt-F<=1AndFt-F>0Then
Text2.Text=Int（V）
EndIf
NextN
Nexts
ForN=1000To6500Step1
T=3*（10^-10）*（N^3）-7*（10^-6）*（N^2）+0.0424*N+58.758
Ft=（T*I（0）*I
（1）*0.912）/0.27
V=（0.377*0.27*N）/（I（0）*I
（1））
F=0.04*（V^2）+204
FFmax
（1）=Ft-F
IfFFmax
（1）>FFmax（0）Then
FFmax（0）=FFmax
（1）
Else
EndIf
NextN
imax=FFmax（0）/（1490*9.8）
Text4.Text=Format（0&imax,"0.00"）
EndSub
3.2.3加速度倒数曲线编程
PrivateSubCommand3_Click（）
DimAAsSingle
Picture1.Cls
Picture1.Scale（-10,15）-（230,-1）
Picture1.Line（0,0）-（220,0）
Picture1.Line（0,0）-（0,13）
Picture1.CurrentX=210
Picture1.CurrentY=1
Picture1.Print"v（km/h）"
Picture1.CurrentX=0.1
Picture1.CurrentY=12.5
Picture1.Print"1/A（s2/m）"
ForA=0To200Step20
Picture1.Line（A,0）-（A,0.1）
Picture1.CurrentX=A
Picture1.CurrentY=-0.5
Picture1.PrintA
NextA
ForA=1To12Step1
Picture1.Line（0,A）-（1,A）
Picture1.CurrentX=-6
Picture1.CurrentY=A
Picture1.PrintA
NextA
I（0）=4.286
I
（1）=3
I
（2）=1.82
I（3）=1.28
I（4）=0.934
I（5）=0.695
Forc=1To5Step1
D（c）=1+（4*1.6+I（c）^2*I（0）^2*0.16）/（1115*0.27^2）
Nextc
Fors=1To5Step1
ForN=1000To6500Step1
T=3*（10^-10）*（N^3）-7*（10^-6）*（N^2）+0.0424*N+58.758
Ft=（T*I（0）*I（s）*0.912）/0.27
V=（0.377*0.27*N）/（I（0）*I（s））
F=0.038*（V^2）+153
A=D（s）*1115/（Ft-F）
IfFt-F>=0Then
IfA<10Then
Picture1.PSet（V,A）
Else
EndIf
Else
EndIf
NextN
Nexts
EndSub
3.2.4驱动力行驶阻力平衡图编程
PrivateSubCommand4_Click（）
DimDAsDouble
Picture1.Cls
Picture1.Scale（-15,0.6）-（230,-0.1）
Picture1.Line（0,0）-（220,0）
Picture1.Line（0,0）-（0,0.55）
Picture1.CurrentX=220
Picture1.CurrentY=0.05
Picture1.Print"v（km/h）"
ForA=0To220Step20
Picture1.Line（A,0）-（A,0.005）
Picture1.CurrentX=A
Picture1.CurrentY=-0.05
Picture1.PrintA
NextA
ForA=0.1To0.55Step0.1
Picture1.Line（0,A）-（1,A）
Picture1.CurrentX=-13
Picture1.CurrentY=A
Picture1.Print0&;A
NextA
I（0）=4.28
I
（1）=3
I
（2）=1.82
I（3）=1.28
I（4）=0.934
I（5）=0.695
Fors=1To5Step1
ForN=1000To6500Step1
T=3*（10^-10）*（N^3）-7*（10^-6）*（N^2）+0.0424*N+58.758
Ft=（T*I（0）*I（s）*0.912）/0.27
V=（0.377*0.27*N）/（I（0）*I（s））
F=0.029*（V^2）
m=0.014*（1+（V^2）/19440）
If（Ft-F）>=0Then
D=（Ft-F）/（1150*9.8）
Picture1.PSet（V,D）
Picture1.PSet（V,m）
Else
EndIf
NextN
Nexts
EndSub
3.2.5汽车功率平衡图的编程
PrivateSubCommand5_Click（）
DimtimeAsDouble
Picture1.Cls
Picture1.Scale（-3,85）-（16,-3）
Picture1.Line（0,0）-（14,0）
Picture1.Line（0,0）-（0,82）
Picture1.CurrentX=14
Picture1.CurrentY=1
Picture1.Print"t（s）"
Picture1.CurrentX=0
Picture1.CurrentY=82
Picture1.Print"v（km/h）"
ForA=0To14Step1
Picture1.Line（A,0）-（A,1）
Picture1.CurrentX=A
Picture1.CurrentY=-0.5
Picture1.PrintA
NextA
ForA=10To200Step10
Picture1.Line（0,A）-（0.1,A）
Picture1.CurrentX=-0.5
Picture1.CurrentY=A
Picture1.PrintA
NextA
I
（2）=1.82
I（0）=4.286
D
（2）=1.198
nmin=20*I（0）*I
（2）/0.377/0.27
nmax=80*I（0）*I
（2）/0.377/0.27
ForN=nminTonmaxStep1
T=3*（10^-10）*（N^3）-7*（10^-6）*（N^2）+0.0424*N+58.758
Ft=（T*I（0）*I
（2）*0.912）/0.27
V=（0.377*0.27*N）/（I（0）*I
（2））
F=
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